1. Трубчатые ферменные конструкции (также известные как стальные трубчатые ферменные конструкции, трубчатые фермы или трубчатые конструкции) подразделяются на плоские или пространственные ферменные системы.
Отличие от обычных ферм заключается в способе соединения узлов. Сетчатая структура использует болтовые шаровые или полые шаровые узлы, в то время как трубчатая ферменная структура использует пересекающиеся узлы, непосредственно сваренные со стальными трубами (круглыми стальными трубами или квадратными стальными трубами) в узлах.
Трубчатая ферменная конструкция имеет преимущества простой узловой формы, простого и элегантного внешнего вида. Между тем, благодаря использованию перекрестной сварки, она также полезна для предотвращения ржавчины и очистки. Однако перекрестная сварка имеет определенные требования к процессу и технологическому оборудованию, поэтому существуют также некоторые ограничения для трубчатой ферменной конструкции:
1) Направление хорды пересекающихся узлов должно быть спроектировано так, чтобы максимально соответствовать внешнему диаметру стальной трубы. Для элементов с разными внутренними силами часто используется одинаковый внешний диаметр стальной трубы и разная толщина стенок. Толщина стенки не должна меняться слишком сильно, в противном случае количество стыков между стальными трубами будет слишком большим. Поэтому прочность материала не может быть полностью использована, что увеличивает количество используемой стали. Это одна из причин, по которой в трубчатых ферменных конструкциях часто используется больше стали, чем в решетчатых конструкциях.
2) Обработка и расположение пересекающихся узлов сложны, а пазы на пересекающихся линиях изменчивы, что затрудняет ручную резку и предъявляет высокие механические требования.
3) Трубчатые ферменные конструкции представляют собой сварные узлы, требующие контроля усадки сварки и высоких требований к качеству сварки. Кроме того, все они свариваются на месте, что приводит к большой нагрузке на сварку.
С развитием технологии многомерной резки с ЧПУ были преодолены некоторые трудности в обработке трубчатых ферменных конструкций. В настоящее время некоторые отечественные предприятия внедрили данную технологию, что позволяет использовать в практическом машиностроении трубчатые ферменные конструкции с точкой пересечения.
Трубчатая ферменная конструкция должна иметь форму пространственной фермы треугольного поперечного сечения, которая состоит из верхнего пояса, нижнего пояса и элемента стенки (рисунок 2). Элемент пояса также называется основной трубой, а элемент стенки называется ответвлением. Основная труба имеет толстый и соединенный диаметр, что удобно для пересечения и сварки ответвлений. Размеры фермы, ширина и высота должны быть разумно выбраны, чтобы избежать столкновения линий сварки между соседними ответвлениями, насколько это возможно. Конструкция угольного хранилища может быть оснащена несколькими трехмерными трубчатыми фермами, как показано на рисунке 2 (а), а соединительные стержни и наклонная опора должны быть установлены между каждой фермой.
Модель, используемая при расчете и анализе трубчатых ферменных конструкций, в основном связана с жесткостью узлов. Существуют три модели анализа, основанные на изгибающем моменте на конце стержня и величине жесткости узла:
① Предположим, что все элементы шарнирные;
② Предполагая, что все элементы жесткие и рассматриваются как балочные элементы;
③ Предполагая, что основная труба представляет собой жестко соединенный балочный элемент, ответвление шарнирно прикреплено к основной трубе и воспринимает только осевое усилие.
2. Узлы конструкции ферменной конструкции из стальных труб
Для стальных трубчатых ферменных конструкций необходимо использовать специальные трубчатые узлы фермы. Упомянутый здесь узел трубчатой фермы не требует узловых пластин, полых шаров или болтовых соединений. Вместо этого он относится к стальным трубам (круглым стальным трубам или квадратным стальным трубам), непосредственно пересекающимся и сваренным в пересекающемся узле. Соединяются только две основные трубы на одной оси, а остальные элементы (т. е. ответвления) обрабатываются через конечную пересекающуюся линию и непосредственно привариваются к внешней поверхности сквозного элемента (т. е. основной трубы); Непроникающие элементы могут иметь определенные зазоры (узлы типа зазора) или частичное перекрытие (узлы типа нахлеста) в месте расположения узла.
Форма пересекающихся узлов связана с числом соединенных элементов. Когда элемент сетки и элемент хорды находятся в одной плоскости, это узел одной плоскости. Когда элемент сетки и элемент хорды не находятся в одной плоскости, это узел нескольких плоскостей.
В качестве примера рассмотрим ферменную конструкцию, в которой основная и ответвления представляют собой пересекающиеся круглые трубы.
Резка линий пересечения когда-то считалась сложным производственным процессом, так как количество, угол и размер пересекающихся стальных труб были разными, что приводило к разным формам линий пересечения и трудностям в обработке пазов, что делало ее еще более сложной в пространственных ферменных конструкциях. Но с развитием многомерной технологии резки с ЧПУ эти трудности были преодолены. В настоящее время некоторые отечественные предприятия оснащены этой технологией, поэтому трубчатая ферменная конструкция имеет хорошие перспективы применения в большепролетных конструкциях.